AirsoftGuns s.r.o.
Ako sa starať o naše akumulátory?
01. 12. 2003Správna starostlivosť o akumulátory a ich používanie patrí v airsoftu medzi veľmi podceňovanú vec. Väčšina ľudí vyživuje, ošetruje a udržuje zbraň ako takú, ale na akumulátor, ktorý je skutočným srdcom zbrane sa často zabúda ...
Než sa dostaneme k praktickým veciam, je potreba vstrebať trochu nudnú (pre niekoho veľmi zaujímavú) teóriu.
Pojmy
Menovité napätie – je napätie jedného článku. Akumulátory NiCd a NiMH majú napätie 1,2V narozdiel od primárnych článkov, ktoré majú napätie 1,5V.
Menovitá kapacita - je množstvo elektrického náboja v Ah deklarované výrobcom, ktoré môže samostatný článok dodať pri 5 hod. vybíjania do konečného napätie 1,0 V pri +20 ° C pre nabíjanie, skladovanie a vybíjanie.
Referenčnej skúšobnej prúd - je obvyklé uvádzať vybíjacie a nabíjacie prúdy ako násobky menovitej kapacity C (Ah). Referenčnej skúšobnej prúd It (A), ktorý lepšie vyhovuje fyzikálnym princípom, je určený ako pomer menovitej kapacity C (Ah) a časového intervalu 1 h.
Skutočné napätie - skutočné napätie akumulátorového článku je závislé na mnohých vplyvoch (predovšetkým od stavu nabitia článku a teplote okolia) a v priebehu nabíjania i vybíjania sa mení. Podoba týchto závislostí u štandardných článkov pre všeobecné použitie je dobre viditeľná na nasledujúcom obrázku.
 |
| Závislosť napätia na stave nabitia a teplote okolia pri malom nabíjacom prúde u NiCd |
Z obrázku sú veľmi dobre viditeľné zmeny tvaru nabíjacie krivky s rastúcou okolitou teplotou. Zvlášť si treba všimnúť, že pri vysokých teplotách (asi 45 ° C a vyšších) je prudký nárast napätia pred koncom nabíjania už zanedbateľný. Za takýchto okolností teda nemožno použiť metód ukončenie nabíjania založených na jeho detekcii.
Na nasledujúcom obrázku je zrejmá závislosť napätia na článku v závislosti na stave nabitia v priebehu vybíjania rôznymi prúdmi po predchádzajúcom nabíjania prúdom 0,1It po dobu 15 h.
 |
| Závislosť napätia na stave nabitia pri veľkých vybíjacích prúdoch u NiCd |
Skutočná kapacita - skutočná kapacita akumulátora je podobne ako skutočné napätie závislá na mnohých vplyvoch, predovšetkým na veľkosti vybíjacieho prúdu a teplote okolia, čo je dobre vidieť na nasledujúcich obrázkoch.
 |
| Závislosť skutočné kapacity na vybíjacím prúdu pri vybíjaní do napätia 1,0 V po predchádzajúcom nabíjania prúdom 0,1It po dobu 15 h. |
 |
| Závislosť kapacity na okolitej teplote pri nabíjaní a vybíjaní |
Optimálneho nabitia dosiahneme v teplotnom rozsahu 10 ° C až 30 ° C. Pri okolitých teplotách pod 0 ° C totiž v článku nemôže dôjsť k potrebným chemickým reakciám pohlcujúcim voľné plyny, ktorých tlak vo vnútri článku postupne rastie, čo aktivuje bezpečnostný ventil. Následne dôjde k ich úniku do okolitého prostredia, čo vedie k nenávratnému zhoršeniu parametrov článku, predovšetkým jeho reálnej kapacity.
Vnútorná impedancia článku - do značnej miery určuje jeho výkon a prevádzkovú životnosť. Vysoká impedancia přiškrcuje tok energie z akumulátora do napájaného zariadenia.
 |
| Závislosť napätie akumulátora na vnútornej impedanciu |
Na obrázku porovnávame priebeh napätia a zodpovedajúce aktívne dobu akumulátora s nízkou, strednou a vysokou Impedanciu pri pripojení na digitálne záťahoch. Pulzy prúdu tlačí napätia nadol, čo má za následok predčasné odmietnutie akumulátora dodáva potrebný prúd ai ked akumulátor energiu stále obsahuje.
Pokiaľ po odpojení záťaže akumulátor zmeriate voltmetrom, napätie na kontaktoch sa bežne "spamätá" a voltmeter zobrazí normálnu hodnotu. K tomuto javu dochádza hlavne u akumulátorov na báze niklu. Akumulátor s vysokou impedanciou môže pracovať bez problémov, ak je zaťažovaný citlivú záťažou.
Pamäťový efekt - je ním zvyčajne nesprávne nazývaná vlastnosť akumulátorov, podľa ktorej by pri neúplnom vybití akumulátora mal mať tento akumulátor v ďalšom nabíjacom a vybíjacím cyklu menšiu kapacitu, čomu by malo ísť zamedziť dovybitím akumulátora pred začatím nabíjacieho cyklu. Táto vlastnosť však nebola nikdy ani teoreticky, ani experimentálne dokázaná.
Termínom pamäťový efekt je ale treba označiť vlastnosť akumulátorov, ktorú možno vysvetliť na nasledujúcom príklade. Použime akumulátor v takej aplikácii, kde bude za normálnych okolností prevádzkovaný v stave takmer plného nabitia v dôsledku cyklického krátkodobého vybíjanie a následného nabíjania, to jest tak, aby sa nepretržite pohyboval po začiatku vybíjací krivky tam a späť.
 |
| Pamäťový efekt akumulátorového článku |
Na obrázku by tomu zodpovedal úsek nabíjacie krivky do povedzme 40. minút. V praxi by takúto aplikácií mohli byť napr. Akumulátorové batérie zaisťujúce chod kozmickej družice na obežnej dráhe okolo Zeme, kde sa v krátkych pravidelných intervaloch strieda noc (vybíjanie článkov) a deň (nabíjanie článkov zo solárnych panelov).
Ak takto používaný akumulátor z nejakých dôvodov následne úplne vybijeme, môžeme ku koncu vybíjacieho cyklu pozorovať prudký pokles napätia akumulátora (na obrázku zobrazené plnou čiarou) oproti pôvodnej vybíjací krivke (na obrázku zobrazená čiarkovane). Takýto pokles napätia však nijako nezmení množstvo náboja, ktoré akumulátor dodá do záťaže, teda reálnu kapacitu akumulátora.
V bežnej prevádzke akumulátorov sa tzv. "Pamäťový efekt" prakticky nevyskytuje. Najčastejšie tento efekt je zamieňaný s následkom prebíjania akumulátorov (čiastočne aj nabíjaním za vysoké teploty článku), ktorý spôsobuje pokles kapacity v nasledujúcom cykle a znižuje životnosť akumulátora.
Samovybíjanie - je vlastnosť akumulátora, v ktorej dôsledku dochádza pri skladovaní k postupnému znižovaniu náboja, ktorý je akumulátor pri následnom vybíjaní schopný dodať do záťaže. Rýchlosť úbytku náboja (znižovanie kapacity) je značne závislá na teplote okolia pri skladovaní. Podľa niektorých údajov dochádza za prvých 24 hod. K strate 10-15% kapacity akumulátora.
 |
| Závislosť kapacity NiCd akumulátora na dobe skladovania pri rôznych skladovacích teplotách |
Pretože pri samovybíjanie NiCd akumulátorov dochádza ku kryštalizácii elektrolytu v jednotlivých článkoch a utvorené kryštáliky sú vďaka relatívne pomalému priebehu samovybíjania pomerne veľké, pri následnom nabíjaní sa nedokážu úplne rozpustiť a akumulátor tak má po niekoľko nabíjacích a vybíjacích cyklov menšiu kapacitu. V krajnom prípade pri náraste extrémne veľkých kryštálov hrozí aj mechanické prerazenie separátora a následný skrat medzi elektródami. Z tohto dôvodu sa odporúča skladovať NiCd akumulátory vo vybitom stave.
NiMH akumulátory sa zvyčajne skladujú v nabitom stave, odporúča sa po každých 6 mesiacoch skladovania akumulátory dobiť nábojom zodpovedajúcim asi 50% menovitej kapacity skladovaného akumulátora.
K obmedzeniu samovybíjania je odporúčané akumulátory nabíjať až pred použitím.
Skutočná životnosť - akumulátorov značne závisí na podmienkach, za ktorých sú prevádzkované (teplota okolia, nabíjacie a vybíjacie prúdy atď.) Výrobcovia uvádzajú, že životnosť štandardného akumulátora prevádzkovaného za vhodných podmienok by mala byť väčšia ako 500 cyklov u NiMH a asi 1000 cyklov u NiCd. Za hranicu životnosti sa považuje strata 20 - 30% kapacity akumulátora v porovnaní s novým akumulátorom.
Nabíjanie a vybíjanie akumulátorov
Pri nabíjaní NiCd akumulátorov je potrebné venovať osobitnú pozornosť tomu, aby nedochádzalo k opakovanému prebíjaniu (nabíjanie článkov aj po dosiahnutí stavu plného nabitia), pretože vedie k nezvratným negatívnym zmenám parametrov článkov.
Pred nabíjaním akumulátora je dôležité, aby sa jeho teplota stabilizovala na izbovú teplotu. Nabíjanie akumulátorov s teplotou pod 15 ° C a nad 30 ° C sa prejaví v ďalšom cykle poklesom kapacity. Stabilizácia teploty z 0 ° C na 15 ° C v izbovej teplote trvá približne 2 hodiny. Nutné si uvedomiť, že je potrebné stabilizovať teplotu vo vnútri akumulátora, nielen na povrchu. Nabíjanie akumulátora s teplotou pod bodom mrazu spôsobí únik vodíka cez bezpečnostný ventil akumulátora a do akumulátora prenikne vzdušný kyslík, a to spôsobí veľké samovybíjanie akumulátora. To sa prejaví tým, že síce akumulátor po nabití má plnú kapacitu, ale po niekoľkých málo dňoch je plne vybitý.
Nové akumulátory alebo akumulátory po dlhodobom skladovaní dosahujú plnú kapacitu až po vykonaní niekoľkých nabitia a vybitia. Akumulátory je v tomto prípade odporúča nabíjať štandardným nabíjaním (14-16 hodín pri 0,1It).
Akumulátory nesmú byť pri nabíjaní nikdy za žiadnych okolností prepólovaniu. Ich prepólovaniu vedie k hromadnému uvoľňovaniu tepla a vnútorných plynov, čo následne môže viesť k aktivácii bezpečnostného ventilu a následnému znehodnoteniu článku, v krajnom prípade aj k mechanickému zdeformovaniu či roztrhnutiu
Akumulátory by nemali byť nikdy a za žiadnych okolností pri vybíjaní úplne vybité, pretože taký stav môže viesť až k ich zničeniu. Ak máte niekoľko akumulátorov v jednej sade, dodržujte konečné vybíjacie napätie 1V na článok. Mohlo by dôjsť k otočeniu polarity jedného z článkov, a tým úniku elektrolytu v ňom a nasledovalo by trvalé zníženie kapacity celej sady. K tomuto najčastejšie dochádza u mobilných telefónov (telefón sa vypne a napriek tomu chceme poslať ešte jednu SMS). Koľkokrát sa Vám stalo, že zbraň prestane strieľať, ale po 10 minútach ste ešte dali pár výstrelov?
Pri spájaní akumulátorových článkov do batérií je nutné mať na zreteli, že v dôsledku nenulových vnútorných odporov článkov a nerovnakých reálnych kapacít jednotlivých článkov môže pri vybíjaní dôjsť k samovoľnému prepólovaniu jedného alebo viacerých akumulátorových článkov. S týmto sa najmä stretávame pri domácej výrobe akumulátorov alebo ich "repase".
Je nutné mať na pamäti, že ak používame akumulátor napr. 12V (zložený z 10 samostatných článkov), tak pri poklese napätia na 1V na článok, má akumulátor celkové napätie ešte 10V. Pri tomto napätí možno obvykle ešte akumulátor používať, ale riskujeme tým jeho prepólovanie a tým pádom zničenie.
Nabíjací režimy
Pre nabíjanie akumulátorov pripadá do úvahy niekoľko nabíjacích režimov umožňujúcich rozlične rýchle nabitie akumulátorov v časovom rozmedzí desiatok hodín až niekoľkých málo desiatok minút. Maximálnej dovolenej nabíjacie prúdy, ktoré limitujú dosiahnuteľnú rýchlosť nabíjania, sú vždy uvedené výrobcom pre konkrétny typ akumulátora (obvykle max. 1It). V krajných prípadoch sa za zvláštnych podmienok dovoľuje aj použitie vyšších nabíjacích prúdou (max. 4It) pre ultrarýchle nabíjanie (nabíjacia doba asi 15 minút) za cenu zníženia životnosti akumulátorov. Vo všetkých prípadoch je potrebné zabezpečiť, že nedôjde k prebíjaniu akumulátorov.
Nepretržité nabíjania - bez toho, aby záležalo na aktuálnom stave nabitia akumulátorov, možno ich podrobiť nepretržitému nabíjanie. Odporúčané nabíjacie prúdy pre nepretržité nabíjanie sa pohybujú v intervale 1/20 It až 1/15 It.
Štandardné nabíjanie – rozumieme ním 16 hodinové nabíjanie, pre ktoré je odporúčaný nabíjací prúd 0,1 It. Takéto nabíjanie je doporučené pre nabíjanie všetkých druhov hermeticky uzavretých akumulátorov, pričom nezáleží na počiatočnom stave ich nabitia.
Rýchle nabíjanie - ak výrobca pripúšťa možnosť nabíjať konkrétny typ akumulátorov v režime rýchleho nabíjania, je možné také akumulátory nabíjať prúdom 0,2 It počas 7 h až 8 ha alebo prúdom 0,3It po dobu 4 h až 5 h. Je však potrebné mať na zreteli, že je potrebné zabezpečiť patričné skrátenie nabíjacej doby v závislosti na počiatočnom stave nabitia akumulátora tak, aby nedošlo k jeho prebíjaniu.
Veľmi rýchle nabíjanie – v tomto režime môžeme akumulátory nabiť už za 1 až 2 hodiny. Takéto nabíjanie však môžeme aplikovať len na akumulátory, u ktorých to výrobca pripúšťa a len za ním stanovených podmienok. Je samozrejmé, že musíme zabezpečiť včasné odpojenie akumulátora od nabíjacieho obvodu v závislosti na počiatočnom stave nabitia tak, aby nedošlo k prebíjanie akumulátora.
Udržiavacie nabíjanie - po skončení štandardného, rýchleho alebo veľmi rýchleho nabíjania nemusí byť akumulátor odpojený od nabíjacích obvodov, ale môže prejsť do udržiavacieho režimu nabíjania. Takýto postup je vhodný a je výrobcami odporúčaný. V udržiavacom režime je akumulátor nepretržite nabíjaný prúdom 1/40 It až 1/20 It. Takéto nabíjanie jednak kompenzuje samovybíjanie akumulátora a udržiava ho tak neustále nabitý a navyše, ak nasleduje po rýchlom alebo veľmi rýchlom nabíjaní, postupne zmazáva rozdiely v nabití jednotlivých akumulátorov, ktoré vznikli v dôsledku nabíjania veľkými prúdy pri nerovnakých reálnych vlastnostiach akumulátorov.
Metódy ukončenia nabíjania
Najdôležitejšie pri nabíjaní akumulátorov je ich včasné odpojenie od nabíjacích obvodov resp. skorý prechod do režimu udržiavacieho nabíjania. Existujú štyri hlavné typy ukončení nabíjania.
Časové ukončenie - ukončenie nabíjania spočíva v ukončenie nabíjania a alebo prechodu do režimu udržiavacieho nabíjania po uplynutí vopred stanoveného časového limitu. Táto metóda je samostatne použiteľná len pri nabíjaní akumulátorov menšími prúdy než 0,2It. Pri nabíjaní väčšími prúdy nie je možné túto metódu využiť samostatne, lebo nezabezpečí potrebné skrátenie nabíjacej doby v prípade, že nabíjané akumulátory nie sú pred začiatkom nabíjania úplne vybité.
Napäťové ukončenie - ukončenie nabíjania je založené na sledovanie napätia akumulátora v priebehu nabíjania a ukončenie nabíjania alebo prechodu do režimu udržiavacieho nabíjania podľa niektorej z vhodných metód (absolútna napätia, záporná zmena napätia atď.). Pri použití napäťových metód ukončenie nabíjania je však potrebné mať na pamäti, že tvar nabíjacích kriviek je veľmi závislý na podmienkach nabíjania, predovšetkým od teploty okolia a veľkosti nabíjacieho prúdu.
Teplotný ukončenie – tieto metódy sú založené na snímanie teploty akumulátora v priebehu nabíjania (po nabití akumulátora na celú kapacitu sa premieňa dodávaný prúd na teplo) a následnom vyhodnocovanie nameraných hodnôt. To je v praxi veľmi ťažké, pretože to predstavuje nutnosť veľmi kvalitného snímanie teploty nabíjaných akumulátorov. To znamená buď mechanické pripojenie teplotného čidla k plášťu nabíjaných článkov alebo batérií a alebo použitie akumulátorových batérií so zabudovaným teplotným čidlom a vývodom pre pripojenie snímacieho zariadenia.
Prúdové ukončenie - použitie metódy prúdového ukončení nabíjame akumulátory konštantným prúdom až do doby, keď napätie na akumulátore dosiahne vopred zvolenej hodnoty. Potom prejdeme na nabíjanie konštantným napätím, sledujeme priebeh prúdu akumulátorom a zaznamenávame jeho minimálnu hodnotu. Nabíjanie ukončíme alebo prejdeme do režimu udržiavacieho nabíjania v okamihu, keď prúd narastie oproti zaznamenanej minimálnej hodnote o vopred určený rozdiel.
Rozdiely medzi NiCd a NiMH
 |
| Vybíjací charakteristika NiCd a NiMH akumulátorov |
- jedným z najväčších obmedzení NiMH je väčší vnútorný odpor a tým aj menšie použiteľné prúdy a dlhšej doby nabíjania. Technológia výroby NiMH sa však neustále zdokonaľuje a preto možno v blízkej dobe očakávať, že technológia NiMH postupne nahradí NiCd články aj v odvetví, kde je vyžadovaný maximálny prúdový odber (aku-náradie, airsoft, letecké modelárstvo).
- nabíjačky pre NiMH sú iné citlivejšie (u NiMH je pokles napätia po nabití podstatne menej výrazný).
- NiMH akumulátory obsahujú jedovaté kadmium a sú teda ďaleko viac ekologicky šetrné.
- NiMH majú pri rovnakých rozmeroch väčšiu kapacitu než NiCd.
- asi najvýznamnejšie rozdiel je v skladovaní NiMH v nabitom stave, najlepšie na hodnote 60% kapacity. NiCd akumulátory skladujeme vždy vybité, aj keď ich nepoužívame treba niekoľko dní.
- NiMH trpia oveľa väčším samovybíjaním, preto poškodenie nadmerným vybitím a alebo dokonca prepólovaním je niekoľkonásobne vyššia. Sada uložená dlhšie ako tri mesiace by mala byť počas tejto doby vybitá a staré nabitá.
- NiMH akumulátory sú oveľa chúlostivejšie na rýchle nabíjanie a horšie znášajú prebíjanie.
Záver
Záleží na uvážení každého z nás ako sa o akumulátory budeme starať. Kto si s uvedenými pravidlami nebude lámať hlavu, časom zaznamená pokles výkonu akumulátora a bude musieť zaobstarať iný. Pokiaľ sa budete o akumulátor dobre starať a správne ho nabíjať, tak sa vám odmení dlhodobou životnosťou a výkonnosťou.
AirsoftGuns.cz
Zdroje použité pre písanie článku:
Ing. Jan Havlík – Návrh nabíjacia stanica pre NiCd akumulátory
Magazín Modelcentrum
L. Stehlík - Battex s.r.o.
BEL s.r.o.
A. Pastuch - Jeden malý rozdiel, alebo čo by sme mali vedieť o NiMH batériách
www.mobil.cz
Komentáre
Pridávať komentáre môžu iba prihlásení používatelia. Prihlásiť sa
04.01.2010 Re: FallenRaziel
25.12.2009 Plz Help
24.08.2009 Re: Jozzo
22.08.2009
24.07.2009 Re: horis
23.07.2009 jak dlouho nabijet
15.05.2009
23.05.2008